Конденсация
Конденсация — переход пара в жидкость. Она происходит, когда пар охлаждается ниже температуры насыщения при данном давлении (точки росы), и при этом пар отдаёт скрытую теплоту. Так работает конденсатор любой холодильной машины: горячий пар хладагента отдаёт тепло воздуху или воде и превращается в жидкость.
Конденсация - это процесс с участием скрытой теплоты, в результате которого пар переходит в жидкую фазу. Это происходит всякий раз, когда насыщенный пар подвергается температуре ниже температуры насыщения. Так как насыщенный пар существует в точке кипения жидкости, он находится в самой низкой температуре, которая возможна для сохранения свойств пара. Следовательно, минимальное понижение температуры заставляет пар конденсироваться. Когда насыщенный пар охлаждается, его молекулы попадают под действие сил жидкой молекулярной структуры и возвращаются в жидкое состояние.
Если конденсация происходит в закрытом сосуде, плотность (кг/м3) и давление пара уменьшаются. В результате происходит соответствующее уменьшение температуры насыщения жидкости. Для поддержания процесса конденсации при таких условиях температура жидкости должна непрерывно уменьшаться, чтобы соответствовать уменьшению давления насыщения. И наоборот, если пар непрерывно подается в сосуд для замещения массы пара, который конденсируется и отводится из сосуда, его плотность, давление и температура насыщения будут постоянными. Такой способ конденсации используется в системах машинного охлаждения и продолжается до полного извлечения теплоты из пара.
Что такое конденсация в физике
Что такое конденсация в физике: это фазовый переход первого рода, при котором вещество из газообразного состояния переходит в жидкое и отдаёт скрытую теплоту. Молекулы пара, теряя кинетическую энергию, сближаются настолько, что силы притяжения удерживают их вместе. Обратный процесс — испарение или кипение; при одной и той же температуре теплота конденсации и теплота парообразования равны.
Конденсация бывает объёмной и поверхностной. Объёмная идёт прямо в воздухе на пылинках и ионах — так образуются туман и облака. Поверхностная идёт на холодной стенке; в технике её делят на плёночную, когда жидкость стекает сплошной плёнкой, и капельную, когда стенка не смачивается и конденсат собирается в капли. Капельная конденсация отводит тепло в несколько раз интенсивнее, но в конденсаторах холодильных машин обычно плёночная.
Конденсация влаги из воздуха и точка росы
Водяной пар в воздухе конденсируется, когда воздух касается поверхности холоднее точки росы. Поэтому запотевают холодные трубы, бутылка из холодильника и окна зимой, а испаритель кондиционера осушает воздух: на его пластинах вода выпадает из воздуха и стекает в дренаж. Чем выше влажность, тем ближе точка росы к температуре воздуха.
| Относительная влажность | Точка росы |
|---|---|
| 40 % | 10,5 °C |
| 50 % | 13,9 °C |
| 60 % | 16,7 °C |
| 70 % | 19,1 °C |
| 80 % | 21,3 °C |
Трубы с водой +7 °C от чиллера в помещении с воздухом 25 °C запотевают при любой обычной влажности, поэтому их изолируют с пароизоляцией. Подробнее о расчёте — в статье точка росы и температура точки росы.
Точка росы: при какой температуре начнётся конденсация
Формула Магнуса: γ = ln(φ/100) + 17,62·t / (243,12 + t), tр = 243,12·γ / (17,62 − γ). Точность около 0,1 °C в диапазоне от −40 до +60 °C.
При каких условиях происходит конденсация пара
- Температура ниже точки насыщения. Пар нужно охладить до температуры конденсации при его давлении.
- Отвод тепла. Скрытую теплоту конденсации надо куда-то отдать: в воздух, воду или холодную поверхность.
- Давление. Чем выше давление, тем выше температура конденсации, — поэтому компрессор сжимает хладагент: так он конденсируется при уличной температуре.
- Центры конденсации. Капли образуются на поверхностях, пыли, каплях — в чистом паре без них возможно пересыщение.
Как устроены конденсаторы холодильных установок — в статьях воздушные конденсаторы для холодильных установок и чиллер с воздушным охлаждением конденсатора.
Температура и теплота конденсации
Температура конденсации — это температура насыщения при давлении в конденсаторе. В холодильной машине её задаёт охлаждающая среда: у воздушного конденсатора она на 10–15 K выше температуры наружного воздуха, у водяного — на 5–8 K выше температуры воды на выходе. Летом при +35 °C на улице хладагент в воздушном конденсаторе конденсируется при +45…+50 °C.
Теплота конденсации равна скрытой теплоте парообразования при той же температуре: сколько тепла пар получил при кипении, столько и отдаёт при конденсации. Поэтому тепловая мощность конденсатора складывается из холодопроизводительности испарителя и работы компрессора.
| Вещество | Температура | r, кДж/кг |
|---|---|---|
| Вода | 100 °C | 2257 |
| Аммиак R717 | 40 °C | 1099 |
| R134a | 40 °C | 163 |
| R410A | 40 °C | 164 |
| R404A | 40 °C | 121 |
Чем меньше теплота конденсации хладагента, тем больший массовый расход нужен для той же мощности — поэтому аммиачные установки работают с малым расходом, а на R404A расход в 9 раз больше при той же холодопроизводительности.
Частые вопросы
Что такое конденсация простыми словами?
Это превращение пара в жидкость при охлаждении: например, капли на холодном стекле или запотевшая бутылка из холодильника.
При каких условиях происходит конденсация пара?
Когда пар охлаждается ниже температуры насыщения при своём давлении и отдаёт тепло окружающей среде или холодной поверхности.
Чем конденсация отличается от испарения?
Это обратные процессы: при испарении жидкость поглощает тепло и становится паром, при конденсации пар отдаёт столько же тепла и становится жидкостью.
Какая температура конденсации в холодильной машине?
На 10–15 K выше температуры охлаждающего воздуха или на 5–8 K выше температуры охлаждающей воды: летом при воздушном охлаждении обычно +45…+50 °C, зимой её удерживают не ниже +25…+30 °C регулятором давления конденсации.
Читайте также